Nat Biomed Eng：用“声波画笔”调控大脑！新型全息超声技术有望打开人类神经疾病治疗新大门

想象一下，如果大脑是一座拥有860亿个“居民”的超级城市，那么神经疾病就像是城市的通讯网络出现了故障。阿尔茨海默病让记忆信号中断，帕金森病使运动指令混乱，抑郁症则让情绪调节失灵。WHO数据显示，全球有超过5500万人患有痴呆症，近3亿人受抑郁症困扰，而帕金森病已成为增长最快的神经系统疾病。

传统药物治疗如同向整个城市广播，效果有限且副作用多；那么有没有一种方法能像精准修复电路一样，只调整出问题的局部网络？

近日，发表在国际杂志Nature Biomedical Engineering上题为“Holographic transcranial ultrasound neuromodulation enhances stimulation efficacy by cooperatively recruiting distributed brain circuits”的一篇研究报告中，来自来自苏黎世联邦理工学院等机构的科学家们就给出了一份令人振奋的答案。

技术突破：全息超声实现多靶点精准调控

文章中，研究人员首次实现了同时刺激大脑内多个精确位点的全息超声技术，他们开发了一种配备数百个超声换能器的设备，其能通过头骨无创地对大脑进行“声波绘图”。Razansky教授表示，这就像用声波作画，我们让数百个超声波在脑内特定位置相互干涉形成全息图样的焦点，从而同时激活三到五个精确区域。

与传统单点刺激相比，这种多点同步刺激所需强度降低了一个数量级；超声强度越低，对大脑就越安全。早期超声神经调控常陷入“全或无”的困境，即强度不足无效，过强则可能损伤脑组织。

将超声扰动技术以无创、精确和高度可控方式传递到小鼠大脑中

工作机制：声波如何与神经元“对话”？

低强度聚焦超声脉冲通过两种主要方式影响神经活动：1）机械效应：影响神经元表面的通道蛋白从而调控离子的进出；2）热效应：在焦点区域引起短暂温升，改变细胞兴奋性。

研究者表示，哪种机制在神经元激活和抑制中起主要作用仍有待深入研究，但本文中的双模型框架已经能很好地预测实验结果。

技术优势：从“盲操作”到“可视化调控”

这项技术的革命性在于其不仅能同步激活多个脑区，还能实时成像显示激活效果，研究人员可以立即看到哪些网络被激活，这就实现了从“盲操作”到“可视化精准调控”的飞跃。更令人惊喜的是，通过调控分布式脑网络，该技术还能有效降低激活阈值，这意味着可以用更温和的能量实现更精准的调控从而大大提高治疗的安全性。

应用前景：神经系统疾病的曙光

虽然当前研究侧重于技术开发，但其医疗应用前景广阔：1）阿尔茨海默病：修复记忆相关神经网络；2）帕金森病：精准调控运动控制回路；3）抑郁症：同步调节情绪相关多个脑区；4）癫痫：抑制异常放电的神经网络；5）中风康复：促进受损脑区功能重组。Razansky表示，他们下一步将在各种脑疾病动物模型中测试这项技术，在人类身上研究如此早期的技术发展是不现实的，他们首先需要学会如何控制这种干预从而确保其安全有效。

这项全息超声神经调控技术不仅代表着技术上的飞跃，更象征着神经科学研究范式的转变：从传统的“区域定位”转向“网络调控”，从“单一靶点”迈向“多节点协同”。就像从粗糙的广播升级为精准的私人通话，未来我们或许能够用声波“画笔”精细修复大脑的通信故障，让阿尔茨海默病患者重拾记忆，让帕金森患者停止颤抖，让抑郁症患者再见阳光。

当科学家的巧思遇见工程师的匠心，我们正在见证一个新时代的开启—在这个时代里，修复大脑不再需要开颅手术，只需一束精心设计的声波。（生物谷Bioon.com）

参考文献：

Estrada, H., Chen, Y., Lemaire, T. et al. Holographic transcranial ultrasound neuromodulation enhances stimulation efficacy by cooperatively recruiting distributed brain circuits. Nat. Biomed. Eng (2025). doi：10.1038/s41551-025-01449-x